驅-感一體式智能變形材料在機械操控、信息采集、環境探測、智慧醫療和人-機-環境交互等領域展現出巨大應用前景。這類材料開發的難點在于驅動狀態與感知信息的實時同步反饋,限制其復雜交互場景應用。全纖維結構智能變形材料具備微觀特征可調、高設計性和多功能集成等優勢,有望解決這一難題。采用光電雙模響應材料實現驅動變形、電學感知與變色顯示可突破單一電學傳感局限,有望呈現一種更直觀的人-機-環境交互方式。以此構建一種集“感知-驅動-反饋”功能于一體的光電雙模纖維膜驅動器,賦予其環境適應性驅動和光電雙重環境交互能力,有望促進感知型軟體機器人和智能可穿戴裝備的探索和發展。
圖1 全纖維智能驅動器的設計靈感與功能
圖2 光熱響應層TRL的制造策略與性能
圖3 濕氣響應/溫度可視層TCL的制造策略與性能
圖4 TCTR的光熱-濕氣驅動原理和性能
圖5 TCTR的智能穿戴應用
利用TCTR可設計多種動態智能織物和可穿戴設備。例如賦予織物從寒冷環境保暖到炎熱環境散熱的動態調溫,有望促進人體微環境智能管控。此外,通過集成電極賦予TCTR形變觸發式摩擦電效應,證實了一種環境監護式智能口罩。通過在口罩中整合PA織物/含電極TCTR模塊,基于TCTR變形能力依賴于不同呼吸狀態(氣流與其溫濕度)、空氣質量和環境溫度的原理,可觸發呼吸時TCTR/PA層間有效接觸面積差異,產生可區分的電學信號與變色效果,實現人體狀態和環境信息的實時感知,有望提升人體-環境交互舒適性和安全性(圖5)。
文章信息:Y Zhang, T Zhang, Y Gu, M Fan, Y Zhang, S Wang, Y Xia,X Zhou, J Xiong*, Adaptive All-Fiber Actuator for Human–Environment Interaction, ACS Nano, 2025, https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17638
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c17638
課題組主頁:https://www.x-mol.com/groups/xiong_jiaqing
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